[发明专利]基于非线性偏差演化的空间非合作目标天基搜索方法

说明书

本发明属于航天器轨道动力学与控制领域，公开了基于非线性偏差演化的空间非合作目标天基搜索方法，步骤包括：1)根据地面初始测定轨数据，得到天基观测平台的轨道根数、空间非合作目标相对于天基观测平台的初始相对状态均值与协方差矩阵；2)考虑二阶非线性项计算相对状态预报及转移到仅测角空间的状态转移张量，并采用张量积将两段转移张量拼接；3)将初始相对状态均值与协方差矩阵非线性地转换为测角量的均值与协方差矩阵；4)采用螺旋矩形式相机指向搜索策略搜索目标，直至捕获目标或任务结束。本发明采用非线性方法解析计算测角量均值与协方差矩阵，考虑了搜索过程中目标位置的动态变化，计算精度及效率高，对实际任务适用性好。

技术领域

本发明涉及空间目标天基相机指向搜索策略，具体涉及一种基于非线性偏差演化的空间非合作目标天基搜索方法，属于航天器轨道动力学与控制领域。

背景技术

航天器相对导航是空间近距离操作任务的基础。近年来，随着航天技术的发展，对相对导航的需求已由传统的合作目标转向非合作目标。对于空间合作目标，由于其合作性，地面跟踪定轨精度较高，己方航天器容易确定星载相机的初始指向。而对于空间非合作目标，由于地面的跟踪定轨精度有限，得到的空间目标位置存在很大的不确定性，导致己方航天器无法确定星载相机的初始指向。因此，以光学相机作为相对导航测量敏感器的天基探测平台，在与空间非合作目标建立相对导航之前，需要在轨搜索捕获被观测目标，然后才能对其进行稳定观测。

由于星载相机的探测视场和探测距离有限，通常需要调整相机的指向甚至进行轨道机动，对空间目标可能所处区域进行搜索，以完成目标的探测识别。此外，由于轨道的动态变化和偏差的传播，导致空间目标可能所处的区域实时发生变化，探测平台需要考虑采用较高精度的偏差传播方法对非合作目标可能的轨道区域进行动态预报，以保证探测的成功率。现有的探测方法基本都是地面辅助作业，或通过提高敏感器的性能来保证探测效果，而且不考虑偏差的传播或只考虑一阶线性项，存在探测用时长、效率低、成功率低等不足。因此，观测平台利用星载光学相机快速准确地从浩瀚星空中搜索到特定空间目标，是一项有重要需求的工程技术。

特别地，由于星载计算机的计算能力相对较弱，因此需要偏差传播分析方法能解析计算，以便星载计算机快速准确的计算出相机当前的期望指向。针对该任务需求，基于解析非线性偏差演化分析理论，提出空间非合作目标天基搜索方法，使得能够在地面辅助定轨精度有限的情况下快速高效的搜索捕获空间目标。

发明内容

为解决天基探测平台对非合作目标的搜索捕获问题，本发明提出一种基于非线性偏差演化的空间非合作目标天基搜索方法。该方法考虑二阶非线性项影响计算相对状态转移张量及状态量到仅测角观测量的转移张量，采用张量积将两段状态转移张量拼接，将初始相对状态均值与协方差矩阵非线性地转换为任意时刻测角空间角度量的均值与协方差矩阵，得到自然直观的角度误差椭圆，采用螺旋矩形式扫描策略搜索并捕获目标。设计方法正确合理，计算精度及效率高，整个目标搜索流程可为相关工程应用提供参考。

本发明的技术方案和实施步骤包括：

基于非线性偏差演化的空间非合作目标天基搜索方法，包括以下步骤：

1)根据地面初始测定轨数据，得到天基观测平台的轨道根数、空间非合作目标相对于天基观测平台具有一定偏差的粗略相对状态均值与协方差矩阵，作为天基搜索的初始输入参数；

以天基观测平台的质心为原点建立相对轨道坐标系(LVLH坐标系，即LocalVertical Local Horizontal)，输入天基观测平台的初始轨道6根数Ele₀＝[a,e,i,Ω,ω,f]，其中a为半长轴、e为偏心率、i为轨道倾角、Ω为升交点赤经、ω为近地点角距、f为真近点角，输入地面测定的空间非合作目标初始相对状态均值m₀与协方差矩阵P₀，其中，初始相对状态包括位置、速度；